聚-γ-谷氨酸提升檸檬產(chǎn)量和品質(zhì)的研究

劉勝 ，周威 ，王亮 ，何紹國 ，姜玲

（1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院，園藝植物生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國家果樹脫毒種質(zhì)資源室內(nèi)保存中心，湖北武漢430070；2.四川省安岳縣科學(xué)技術(shù)研究所，四川安岳642350）

聚-γ-谷氨酸（Poly-γ-glutamic acid，PGA）是微生物發(fā)酵產(chǎn)生的陰離子型多聚氨基酸，是一種具有水溶性高、吸附性強(qiáng)、生物相容性好、可食無害、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)的新型生物可降解高分子化合物，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化工、食品和農(nóng)業(yè)等行業(yè)[1]。近年來，PGA在農(nóng)業(yè)上已被證明具有提高作物肥料利用率、抑制肥料分解和流失、改善土壤保肥保水能力、節(jié)省肥料施用量、提高產(chǎn)量和改良作物品質(zhì)等多種功能[2]。對(duì)小白菜[3]、溫州蜜柑[4]、草莓[5]、水稻[6]、玉米[7]、棉花[8]和葡萄[9]等植物具有增產(chǎn)和提高品質(zhì)的效果。長期以來，在檸檬的種植過程中，不合理的使用化肥，導(dǎo)致肥料利用率下降，果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)下降，造成投入大、收益低的現(xiàn)象。隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)和國家大力推行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，環(huán)境友好型、可改善環(huán)境的產(chǎn)品被逐漸重視[10]。

尤力克是檸檬[Citrus limon(L.)Burm.F.]的優(yōu)良品種之一，原產(chǎn)于美國，在我國四川安岳、云南德宏等地栽培較多，果色鮮艷，油胞凸出，出油量高，汁多肉脆，是鮮食和加工的首選品種。果皮淡黃，厚且粗，平均單果重約150g，果汁多、香氣濃，檸檬酸含量高，適應(yīng)性廣、豐產(chǎn)性好。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，尤力克檸檬存在果實(shí)品質(zhì)不高、優(yōu)質(zhì)果率低等問題。本文研究了檸檬栽培過程中使用PGA灌根對(duì)品質(zhì)與產(chǎn)量的影響，探索了PGA的最佳使用濃度，為檸檬的品質(zhì)改善和產(chǎn)量增加提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)場(chǎng)地與材料

試驗(yàn)地選擇四川省安岳縣鴛大鎮(zhèn)五鳳村楊福乾果園，該地水肥條件和栽培管理相對(duì)一致，檸檬品種為13年生的尤力克。田間試驗(yàn)由四川省安岳縣科學(xué)技術(shù)研究所完成，果品外觀和內(nèi)在品質(zhì)分析由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院完成。

PGA由武漢光華時(shí)代生物科技有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 大田試驗(yàn)

本試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理和1個(gè)對(duì)照，分別在2015年3月2日沿著樹冠滴水線下在 20～30cm深處，溝施復(fù)混肥（NPK比例為10:6:9）0.4kg/株，2015年6月28日沿著樹冠滴水線下20～30cm溝施復(fù)混肥（NPK比例10:6:9）0.4kg/株。同時(shí)處理A用50mg/L的PGA溶液灌根，處理B用100mg/L的PGA溶液灌根，處理C用200mg/L的PGA溶液灌根；每個(gè)小區(qū)灌根5株，每株灌根3L，重復(fù)3次。當(dāng)果實(shí)成熟后，從每株樹外圍中部的東南西北四個(gè)方向各取1個(gè)果實(shí)，用于品質(zhì)的分析。

1.2.2 品質(zhì)分析

果形指數(shù)：按照文獻(xiàn)[11]方法進(jìn)行測(cè)定。

單果重：對(duì)每個(gè)果實(shí)稱重，求平均值。

果實(shí)色度：用果實(shí)色度測(cè)量儀（日本 CE公司生產(chǎn)）測(cè)定每個(gè)果實(shí)的果皮與果肉的特征值，測(cè)出L、a、b值，L表示亮度變量值，L越大表明所測(cè)樣品表面越亮；a表示紅色或綠色值，最大值為199.99，正值為紅色，負(fù)值偏綠；b表示黃色或藍(lán)色值，最大值為199.99，正值為黃色，負(fù)值偏藍(lán)；用 L、a、b 值，再算出 C 值（C2=a2+b2），最后求出每個(gè)處理的平均值[12]。

可溶性固形物含量：將每一處理的果實(shí)榨汁，使用手持測(cè)糖儀對(duì)各重復(fù)的混合果汁進(jìn)行可溶性固形物含量的測(cè)定，求出平均值。

可滴定酸含量：吸取5mL果汁于錐形瓶中，加入適量蒸餾水，加入3滴酚酞，溶液不變色，然后用0.1mol/L標(biāo)準(zhǔn)NaOH溶液進(jìn)行滴定，邊滴定邊震蕩，直到溶液出現(xiàn)粉紅色并且30s內(nèi)不褪色，根據(jù)所用NaOH的量算出可滴定酸的含量，求出平均值[13]。

VC含量：采用2,6-二氯酚靛酚滴定法進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)公式（1）計(jì)算出VC的含量[14]。

式中，A表示VC的含量；V為體積，mL；T為換算系數(shù)，為0.0848mg/mL；m為稱量質(zhì)量，g。

還原糖含量：采用蒽酮比色法測(cè)定。

蛋白質(zhì)含量：采用考馬斯亮藍(lán)G-250法（Brangford法）測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，用新復(fù)極差法（SSR）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 PGA對(duì)檸檬外觀品質(zhì)的影響

表1（見下頁）顯示了PGA處理對(duì)檸檬果實(shí)外觀品質(zhì)的影響。由表可知，50、100、200mg/L 3種濃度的PGA處理使檸檬單株產(chǎn)量比對(duì)照組分別提高了13.3%、34.7%和17.7%。經(jīng)50、100、200mg/L這3種濃度PGA處理后的果實(shí)單果重相比CK都有極顯著的提高，單果重分別增長62.2%、79.5%和28.3%（見圖1）。PGA處理后的果實(shí)縱徑和橫徑均比對(duì)照增大，50mg/L、100mg/L處理果實(shí)縱橫徑比對(duì)照增大17.1%、25.5% 和15.6%、18.9%，增幅達(dá)到極顯著的水平。

PGA處理后的果實(shí)果皮要比CK趨向黃色加深，50mg/L和100mg/L的PGA處理果色比對(duì)照更黃且顏色更鮮艷（見圖1）。果肉b值和C值的變化并不明顯，沒有達(dá)到差異顯著水平；而處理后的果肉L值均增加，果肉亮度值分別增加0.5%、1.7%和5.5%。

表1 PGA處理對(duì)檸檬果實(shí)外觀品質(zhì)的影響Table 1 Effect on appearance quality of lemon with PGA treatment

表2 PGA處理對(duì)檸檬果實(shí)內(nèi)在品質(zhì)的影響Table 2 Effect on internal quality of lemon with PGA treatment

圖1 三種PGA濃度處理在檸檬上的應(yīng)用效果比較Fig.1 The application effect of PGA with different concentration on lemon

2.2 PGA對(duì)檸檬內(nèi)在品質(zhì)的影響

由表2可知，PGA處理過的果實(shí)其可溶性固形物都比對(duì)照低，檸檬是以含酸量越高品質(zhì)越好。因此，雖然PGA處理使檸檬果實(shí)可溶性固性物含量下降，沒有達(dá)到差異顯著水平。但50、100mg/L PGA處理過的果實(shí)可滴定酸都比對(duì)照高，分別增加4.3%和2.9%。PGA處理過的果實(shí)VC含量與未處理的果實(shí)差異不大，沒有達(dá)到顯著水平。200mg/L PGA處理果實(shí)比對(duì)照果實(shí)中的還原糖含量增加12.77%，增幅達(dá)到極顯著水平。PGA處理過的果實(shí)蛋白質(zhì)含量比對(duì)照顯著地增加，50、100、200mg/L PGA處理后的果實(shí)相比于對(duì)照，蛋白質(zhì)含量增幅分別達(dá)到了1.8%、5.1%和7.51%。200mg/L PGA處理比對(duì)照蛋白質(zhì)含量提高，達(dá)到差異顯著水平。

3 討論

3.1 PGA能夠提高檸檬的產(chǎn)量和品質(zhì)

試驗(yàn)證明，PGA處理可提高檸檬的單株產(chǎn)量和單果重。200mg/L的PGA處理果實(shí)比對(duì)照果實(shí)中的還原糖含量增加了12.8%，增幅達(dá)到極顯著水平。50、100mg/L PGA處理過的果實(shí)蛋白質(zhì)含量與對(duì)照均有增加。50mg/L和100mg/L的PGA處理可滴定酸都比對(duì)照提高，分別提高了4.3%和2.9%。50mg/L和100mg/L的PGA使果實(shí)表皮的黃色加深，色彩鮮艷，可以提高檸檬的商品性能，使農(nóng)民增產(chǎn)增收。綜合以上產(chǎn)量和外觀內(nèi)質(zhì)的指標(biāo)，使用PGA濃度為100mg/L時(shí)的單果重比對(duì)照提高，并達(dá)到差異極顯著的水平，從增產(chǎn)效果和外觀色澤兩方面的表現(xiàn)看，100mg/L的PGA處理最好。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，影響尤力克檸檬高產(chǎn)的不利因素通常是冬、春干旱，前期生長受抑制，影響開花、坐果和春梢生長；伏旱則影響果實(shí)膨大。而PGA能提高土壤的保水性能。在本試驗(yàn)中，檸檬產(chǎn)量顯著提高可能與PGA提高抗旱性能有著密切的關(guān)系。可以推測(cè)，PGA在干旱區(qū)使用效果更好。

3.2 PGA具有在多種植物上推廣應(yīng)用的潛力

PGA能對(duì)多種植物和外觀和內(nèi)質(zhì)有明顯的改善作用，如水稻[6,15]、溫州蜜柑[4]、草莓[5]、龜井[16]、無籽椪柑和翡翠柚[17]和白菜[18]等。這與本試驗(yàn)中檸檬的研究結(jié)果一致，下一步可在柑桔等作物上進(jìn)行推廣。由于柑桔為多年生常綠植物，生長周期長，需肥量大，聚-γ-谷氨酸可以充分調(diào)節(jié)土壤的微環(huán)境，大大提高肥料的利用率。為了使PGA能有效地接觸到柑桔的根系，使聚-γ-谷氨酸在柑桔上發(fā)揮出更好的作用。還可進(jìn)一步研究PGA更加有效的施用方式，如配合滴灌方法使用，這樣既可節(jié)省勞動(dòng)力成本，又可發(fā)提高PGA的使用效果。此外，PGA在提高柑桔的抗逆境和抗病能力方面，還有待作進(jìn)一步深入的探討。

本試驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了聚-γ-谷氨酸使用效果的穩(wěn)定性，并可能拓展植物的使用范圍，可以推測(cè)，PGA在柑桔及其它作物上也會(huì)具有廣泛的應(yīng)用前景。今后，還可以利用PGA在其它作物上作更深入的效益評(píng)估。